差分信号处理

Posted 2020-10-08 dzcql

1 定义

差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统\'地\'被用作电压基准点。当\'地\'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，通俗地说，就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态"0"还是"1"。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。

差分信号和普通的单端信号（单根）走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：

1、抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

2、能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相反。

3、时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合。

2 差分布线

1、由于差分信号频率一般都比较高，所以在走线过程中，尽量以不打折，少打折，不打孔，少打孔为优。差分信号每换一次层面（即打一个孔）则相当于跨一次切割，所以要严格控制过孔数目。对信号全程要求等长等距，等距要求到每一个环节点，如下图

2、如果无法避免要打孔，则需注意尽可能保持美观，换层处VIA水平或者垂直方向须对齐，换层后避免反接。当无法顺接的时候可以考虑反向走线，但前提条件是确实无法顺接。

3、每一对差分线在换层处添加GND过孔，用于减小通道回路。

4、对差分线本身之间不可以有其它的线、过孔和元器件掺入，如下图所示：

5、对于差分线串接阻容感器件，要整齐对称排列，不可一前一后或一上一下的

6、等长处理方式

当出PIN顺序不平行时，采用第一种方式可以做到等长则最佳。

当需要采用第二三种方式等长时，请先咨询主导案件的同事，因为不同的客户对差分信号的等长方式，要切忌擅自选用差分信号的等长方式 。

一对差分信号误差比较理想不超过1mil，若有难度最大不可超过5mil。

7、第2种差分等长要求

首先选择在信号的两端处理，其中在无法平行走线的那一端作等长动作。

打波浪折时必须注意长度与高度要求

8、绕线统一用弧线。

9、差分信号一律必须参考到GND层

当参考层面是VCC层时，对差分信号品质的影响是非常大的，甚至是致命的